DE2321349A1

DE2321349A1 - OPTICAL COMPONENT WITH AT LEAST ONE ROUGHED SPREADING AREA

Info

Publication number: DE2321349A1
Application number: DE2321349A
Authority: DE
Inventors: Willi Dr Horn
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1973-04-27
Filing date: 1973-04-27
Publication date: 1974-10-31
Also published as: DE2321349B2

Description

Optisches Bauelement mit mindestens einer aufgerauhten Streufläche Die Erfindung betrifft ein optisches Bauelement mit nindestens einer durch Materialabtragung, Materialformung oder Materialverformung aufberauhten Streufläche. Zu diesen Bauelementen zählen beispielsweise Streuscheiben in Beleuchtungseinrichtungen, Mattscheiben-Projektionsschirme Bildeinstellseheiben in Kameras, Linsen mit zusätzlicher Streuwirkung, Strichmarkenträger u. ä. Optical component with at least one roughened scattering surface The invention relates to an optical component with at least one by material removal, Forming of the material or deformation of the roughened scattering surface. About these components include, for example, diffusing screens in lighting equipment, ground glass projection screens Image setting disks in cameras, lenses with additional scattering effect, line mark carriers etc.

Die bekannten durch Schleifen, Ätzen, Sandstrahlen, Pressen und ähnliche Verfahren horgestellten Streuflächen an optischen Bauteilen aus Glas oder Kunststoff erscheinen im auffallenden Ru licht grau. Entsprechend der Feinheit und Art der bei der Aufrauhung erzeugten Xikrostruktur in der Streufläohe entstehen mehr oder weniger große Streuzentren, die als Körnung der Nattscheibe sichtbar sind.The known ones by grinding, etching, sandblasting, pressing and the like Procedure for creating scattering surfaces on optical components made of glass or plastic appear gray in the conspicuous black light. According to the delicacy and nature of the Xicrostructure generated in the roughening in the scattering area arise more or fewer large scattering centers that are visible as the grain size of the natt disc.

Fiir Streuscheiben in Beleuchtungseinrichtungen werden häufig relativ große Streuwinkel gewünscht, um eine möglichst gute Durchmischung der Lichtstrahlen zu erreichen. Wegen der begrenzten Apertur der nachfolgenden Optik hat dies jedoch zur Folge, daß größere Lichtverluste in Kauf genommen werden müssen, Es bestand daher der Wunsch, einerseits einen günstigeren Kompraromiß zwischen Durchmischung und Anpassung an die Beleuchtungsapertur zu erzielen und andererseits zusätzliche Lichtverluste durch Rückstreuung an den Flächen der Streuscheibe zu verneiden.For diffusing panels in lighting devices are often relative large scattering angles desired in order to mix the light beams as well as possible to reach. However, because of the limited aperture of the following optics As a result, greater light losses must be accepted, It existed hence the desire, on the one hand, to find a more favorable compromise between mixing and to achieve adaptation to the illumination aperture and on the other hand additional To avoid light losses due to backscattering on the surfaces of the lens.

Beim Einsatz von Mattscheiben als Projektionsschirme werden große Streuwinkel gewünscht, um einen möglichst großen Betrachtungswinkel zu erhalten. Die Erkennbarkeit der projizierten Bilder hängt einmal von der Körnigkeit der Mattscheibe und zum anderen vom Kontrast der leuchtend projizierten Bilder zu der unbeleuchteten, nur durch auffallendes Raumlicht erhellten Mattscheibenfläche ab. Dieser Kontrast ist bei den üblichen, hellgrauen Mattscheiben sehr schwach, wodurch der Betrachtungswinkel für die projizierten Bilder erheblich eingeschränkt ist. Diese negative Eigenschaft wird noch verstärkt bei einer feinkörnigen Struktur der Mattfläche, die ohnehin einen kleinen Streuwinkel bewirkt. AuBerdem wird es bei Mattscheiben-ProJektionsschirmen als nachteilig empfunden, daß sich einzelne Streuzentren helleuchtend herausheben und bei Änderung des Betrachtungswinkels ein Flimmern des Bildes erzeugen.When using ground glass screens as projection screens, they are large Scattering angle desired in order to obtain the largest possible viewing angle. The recognizability of the projected images depends on the graininess of the screen and on the other hand from the contrast of the brightly projected images to the unlit, only off the screen surface illuminated by the light from the room. This contrast is very weak with the usual, light gray focusing screens, which reduces the viewing angle is severely limited for the projected images. This negative quality is reinforced with a fine-grained structure of the matt surface, which is anyway causes a small scattering angle. It is also used for screen projection screens felt to be a disadvantage that individual scattering centers stand out brightly and produce a flicker of the image when the viewing angle is changed.

Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, die Streueigenschaften von Mattscheiben zu verbessern. So ist in der deutschen Patentanmeldung T 3110 42h 23/27 vorgeschlagen worden, die Blankseite einer Mattscheibe durch Überziehen mit dünnen optischen Schichten reflexfrei oder reflexarm zu machen0 Diese Maßnahme bringt dann eine Verbesserung der Bildqualität, wenn die Blankseite der Mattscheibe dem Betrachter zugekehrt ist.There has therefore been no lack of attempts to determine the scattering properties of Improve focusing screens. So is in the German patent application T 3110 42h 23/27 it has been proposed to cover the blank side of a focusing screen with thin to make optical layers reflex-free or low-reflex0 This measure then brings an improvement in image quality when the blank side of the focusing screen is visible to the viewer is facing.

Eine Kontrastverstärkung wird erreicht, wenn die Streufläche einer Mattscheibe dunkel getönt wird oder die Mattscheibe mit einer lichtabsorbierenden Schicht (DT-Gbm 7 133 771) versehen wird. Man nutzt hierbei die Tatsache aus, daß das transmittierte Licht linear, das reflektierte Licht aber quadratisch von der Absorption abhängig ist.A contrast enhancement is achieved if the scattering surface is a The focusing screen is tinted dark or the focusing screen with a light-absorbing one Layer (DT-Gbm 7 133 771) is provided. One takes advantage of the fact that the transmitted light is linear, but the reflected light is square of the Absorption is dependent.

Die Kontraststeigerung wird daher in jedem Falle mit einer Lichtschwöchung erkauft, die das Arbeiten in hellen Räumen erheblich erschwert. Die Helligkeitsminderung der projizierten Bilder hat außerden eine Einschränkung des Betrachtungswinkels zur Folge.The increase in contrast is therefore always accompanied by a weakening of the light bought, which makes working in bright rooms much more difficult. The brightness reduction the projected Images also has a viewing angle restriction result.

Eine weitere Maßnahme an Mattscheiben mit aufgerauhten Streuflächen wird in der DT-PS 321 026 angegeben. Danach soll die dem Betrachter zugekehrte Mattseite mit 0ö1 under Fett eingerieben werden, wodurch die Transmission des störenden Raumlichtes durch die Mattscheibe gesteigert wird. Durch das Einreiben mit ö1 oder Fett wird die Struktur der aufgerauhten Fläche optisch homogener gemacht, d.h. tiefere Poren werden aufgefüllt. Der praktische Einsatz der so behandelten Mattscheiben ist sehr begrenzt. In nochwertigen optischen Geräten können ölbestrichene Flächen wegen der Kriecheigenschaften des Öls nicht eingesetzt werden. In Belouchtung@strahlengängen, die häufig einer größeren Wärmebelastung ausgesetxt sind, verdampfen die Ölschichten. Bei Meßprojektoren, bei denen die Projektionsschirme häufig als Auflagefächen für Vergleichsobjekte dienen, werden abrisbfeste, trockene Flächen benötigt.Another measure on focusing screens with roughened scattering surfaces is specified in DT-PS 321 026. Then the matt side facing the viewer should be rubbed with oil under grease, whereby the transmission of the disturbing room light is increased by the screen. By rubbing in with oil or grease the structure of the roughened surface made optically more homogeneous, i.e. deeper pores are filled. The practical use of the ground glass treated in this way is very great limited. In optical devices that are still in good condition, oil-coated surfaces can be damaged because of the Creep properties of the oil are not used. In lighting @ beam paths, which are often exposed to a greater heat load, the oil layers evaporate. In measuring projectors, where the projection screens are often used as support surfaces for For comparison objects, demolition-proof, dry surfaces are required.

Der Erfindung log daher die Aufgabe zugrunde, verbesserte optische Bauelemente der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei denen eine Grauton-Unterdrückung, gesteigerter Bildkontrast und erhöhte Bildhelligkeit gegeben sind. Dabei sollen Beschränkungen hinsichtlich der Verwendbarkeit der optischen Bauelemente nicht gegeben sein.The invention was therefore based on the object of improving optical To create components of the type mentioned at the beginning, in which a gray tone suppression, increased image contrast and increased image brightness are given. This should There are no restrictions on the usability of the optical components be.

Diese Aufgabe wird bei optischen Bauelemente der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der aufgerauhten Streufläche mindestens eine Interferenzschicht vorhanden ist. Mit Vorteil wird diese Interferenzschicht als reflexmindernde Schicht ausgebildet. Sie kann eine Aufkampfschicht sein.In the case of optical components, this task is carried out in the preamble of Claim 1 mentioned type according to the invention solved in that on the roughened At least one interference layer is present on the scattering surface. This is advantageous Interference layer designed as a reflection-reducing layer. You can do a combat shift be.

Die neuen optischen Bauelemente sind in der Regel transparent.The new optical components are usually transparent.

Interferenzschichten sind auf glatten optischen Flächen bekannt. Für ihre Wirkung sind bestimmte Brechzçhlverhältnisse und Schichtdicken möglichst exakt einzuhalten. Es erscheint daher zunächst als sehr unwahrscheinlich, daß Interferenzschichten auf aufgerauhten Flächen eine wirkungsvolle Beeinflussung des Lichtes erzeugen können. Nur so ist es zu verstehen, daß beispielsweise trotz des seit Jahrzehnten bestehenden Bedarfs an reflaxgeninderten Mattflächen und der vielen in dieser Richtung unternommenen Versuche, keine mit Interferenz-Aufdampfschichten belegte aufgerauhte Mattflächen bekannt geworden sind.Interference layers are known on smooth optical surfaces. For their effect are certain refractive count ratios and layer thicknesses as precisely as possible to be observed. It therefore appears at first to be very unlikely that interference layers can produce an effective influence on the light on roughened surfaces. This is the only way to understand that, for example, despite the fact that it has existed for decades Need for reflax-reducing matt surfaces and the many undertaken in this direction Try not to have any roughened matt surfaces covered with interference vapor deposition layers have become known.

Versuche haben jetzt jedoch in überraschender Weise ergeben, daß durch die erfinderische Maßnahme eine erhebliche Aufhellung der im Durchlicht beleuchteten Streuflächen erreicht wird. Das ist damit zu erklären, daß durch die aufgedampften Interferenzschichten der Anteil des rUckgestreuten Lichtes in entsprechendem Maße verringert wird.However, experiments have now surprisingly shown that by the inventive measure a considerable brightening of the illuminated in transmitted light Scattering surfaces is reached. This can be explained by the fact that the vaporized Interference layers the proportion of the backscattered light to a corresponding extent is decreased.

Bei Mattschiben-Projektionsschirmen wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme darüber hinaus der Bildkontrast we-Seitlich verbessert, da der Grauton der Mattfläche unterdrückt wird. Durch Ranmlicht erzeugte Reflexe auf einer dem Betrachter zugewendeten Streufläche werden nahezu vollständig beseitigt. Wegen der gesteigerten Bildhelligkeit wird es möglich, zwei erfindungsgemäße Mattflächen mit einem geringen räumlichen Abstand zueinander als Prog-Jektionsschirm vorzusehen. Die doppelte Streuung verringert zusätzlich die Filmmerwirklung des Mattscheibenbildes Anstelle der letztgenannten Anordnung ist es auch möglich, die Blankseite der auf ihrer Rauhseite mit einer Interfrenzschicht belegten Mattscheibe zu verspiegeln, wodurch sich ein Projektionsschirm für Auflicht ergibt, bei dem die Raumseite zweimal vom Licht durchlaufen wird.In the case of matt screen projection screens, the inventive Measure in addition, the image contrast was improved laterally because the gray tone the matt area is suppressed. Reflections generated by Ranmlicht on one of the The scatter surface facing the viewer is almost completely eliminated. Because of the increased image brightness, it is possible to use two matt surfaces according to the invention Provide a small spatial distance to each other as a Prog-Jektionsschirm. The double scattering also reduces the film effect of the focusing screen image Instead of the latter arrangement, it is also possible to use the blank side on the to mirror their rough side with a matt screen covered with an interference layer, which results in a projection screen for incident light, in which the room side twice is traversed by light.

In Fig. 1 ist als Beispiel für das neue optische Bauelement eine Mattschibe in einem Projektionsaufsatz für Mikroskope schematisch dargestellt.In Fig. 1 is a matt screen as an example of the new optical component shown schematically in a projection attachment for microscopes.

Die Fig. 2 zeigt schematisch einen Auflichtprojektionsschirm.Fig. 2 shows schematically a front projection screen.

In Fig. 1 ist eine aus Glas oder Kunststoff bestehende Mattscheibe 1 auf der dem Betrachter zugewendeten Seite aufgerauht und mit einer reflexindernden Interferenz-Aufdampfschicht 2 belegt. Bei der Aufdampfung dieser Schicht im Vakuum können die Betriebsbedingungen so eingestellt werden, daß die aufgedampfte Schicht die als Mikrostruktur in der Mattscheibe vorhandenen Spitzen und Täler gleichmäßig belegt. Die Dicke der Schicht 2 wird in üblicher Weise bestimmt. Vorteilhaft i es, wenn anstelle einer Interferenzschicht mehrere aufeinander abgestimmte Interferenzschichten verwendet werden. Die Wirkung der erfinderischen Interferenzschicht wird durch eine oder mehrere auf der blanken Seite der Mattscheibe aufgedampften Interferenzschichten 3, die im Beispiel auf der Geräteinnenseite liegen, unterstützt, so daß das innere Streulicht auch verringert wird.In Fig. 1 there is a glass or plastic ground glass 1 roughened on the side facing the viewer and with an anti-reflective coating Interference vapor deposition layer 2 covered. During the evaporation of this layer in a vacuum the operating conditions can be set so that the vapor deposited layer the peaks and valleys present as a microstructure in the focusing screen evenly proven. The thickness of the layer 2 is determined in the usual way. It is advantageous if instead of one interference layer several coordinated interference layers be used. The effect of the inventive interference layer is through a or several interference layers vapor-deposited on the bare side of the ground glass 3, which are on the inside of the device in the example, supported so that the inner Stray light is also reduced.

Die Pfeile 4 und 5 sollen Lichtstrahlen bei ihrem Durchgang durch die Mattscheibe darstellen Der Pfeil 4 gehört zu dem proJizierten Bild. Die an der blanken und der matten Seite der Hattsoheibe rückreflektierten Lichtanteile sind durch kleine Pfeile 6, 7 symbolisiert. Die vom Instrument herkommenden Lichtanteile werden nahezu vollständig der Betrachtung zugänglich gemacht wie durch die gestreuten Strahlen 8 deutlich gemacht ist. Dad durch den Pfeil 5 dargestellte Rauslicht wird an der Schicht 2 weitgehend durch Interferenz ausgelöscht. Der Störreflex 9 ist sehr gering.The arrows 4 and 5 are intended to light rays as they pass through display the ground glass The arrow 4 belongs to the projected image. The one at the bright and the matt side of the Hattsoheibe are back-reflected light components symbolized by small arrows 6, 7. The light components coming from the instrument are made almost completely accessible for consideration as if by the scattered ones Rays 8 is made clear. Dad is shown by the arrow 5 outside light largely extinguished by interference at layer 2. The interference reflex 9 is very low.

In Fig. 2 ist die blanke Rückseite der Mattscheibe 1 mit einer Spiegelsohicht 10 belegt. Die Bildstrahlen 4 werden an dieser Schicht reflektiert und durchsetzen die reflexgeminderte Streufläche 2 zweimal. Die Dicke der Mattscheibe 1 muß selbstverständlich eo gewählt werden, dß die Punktauflösung durch die zweimalige Streuung nioht zerstört wird.In Fig. 2, the bare back of the ground glass 1 is with a mirror layer 10 occupied. The image rays 4 are reflected on this layer and prevail the reflection-reduced scattering surface 2 twice. The thickness of the ground glass 1 must of course eo can be chosen so that the point resolution is not destroyed by the double scattering will.

Claims

Expectations

1. Optical component with at least one by material removal, Material shaping or material deformation of a roughened scattering surface, characterized in that on this Aufgersuhten scattering surface at least one interference layer is present is.

2. Optical component according to claim 1, characterized in that the interference layer is designed as a reflection-reducing layer.

3. Optical component according to claim 1 or 2, characterized in that that the interference layer is a vapor deposition layer.

4. Optical component according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the optical component so marked is transparent.

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